Ring- und Maschentopologien

Stern und Bus bilden die Grundlagen, aber zwei weitere klassische Topologien sind für die Prüfung wichtig: der Ring und das Mesh. Der Ring verbindet Geräte zu einem geschlossenen Kreislauf, während das Mesh Geräte über viele redundante Pfade miteinander verbindet. Jede Topologie löst ein anderes Problem: der Ring ermöglicht einen geordneten Zugriff, das Mesh bietet Fehlertoleranz. Wenn Sie beide verstehen, erhalten Sie ein vollständigeres Bild davon, wie Netzwerkformen Zuverlässigkeit und Kosten beeinflussen.

In einer Ringtopologie ist jedes Gerät mit genau zwei Nachbargeräten verbunden und bildet so einen geschlossenen Kreislauf. Daten bewegen sich in eine Richtung durch den Ring und werden von Gerät zu Gerät weitergeleitet, bis sie ihr Ziel erreichen. Es gibt keinen zentralen Hub. Der Ring wurde in Technologien wie Token Ring und FDDI (Fiber Distributed Data Interface) eingesetzt, bei denen ein geordnetes Verfahren zur abwechselnden Übertragung regelte, wer senden durfte.

Ringe verwendeten häufig Token Passing, um Kollisionen zu vermeiden. Eine kleine Nachricht namens Token zirkuliert im Ring; nur das Gerät, das den Token besitzt, darf übertragen. Sobald es fertig ist, gibt es den Token weiter. Dadurch wird ein fairer und kollisionsfreier Zugriff garantiert – ein echter Vorteil gegenüber dem Bus. Der Nachteil ist, dass ein Gerät auf den Token warten muss, selbst wenn das Netzwerk gerade nicht ausgelastet ist.

Ein einfacher Ring hat ein Stabilitätsproblem: Wenn ein Gerät oder eine Verbindung im Kreislauf ausfällt, können Daten den Kreis nicht mehr vollständig durchlaufen, wodurch möglicherweise das gesamte Netzwerk ausfällt. Um dies zu beheben, verwenden manche Designs einen Dual Ring (zwei gegenläufige Ringe), sodass der Datenverkehr eine Unterbrechung in der anderen Richtung umgehen kann. Diese Redundanz erhöhte die Zuverlässigkeit, verursachte jedoch zusätzliche Kosten und Komplexität. Ringe wurden inzwischen größtenteils durch geswitchte Sterne ersetzt.

In einer Meshtopologie sind Geräte direkt mit vielen anderen Geräten verbunden, wodurch mehrere Pfade zwischen beliebigen Punkten entstehen. Ein Full Mesh verbindet jedes Gerät mit jedem anderen, während ein Partial Mesh nur einige Geräte miteinander verbindet. Mehr Verbindungen bedeuten mehr Redundanz: Wenn ein Pfad ausfällt, nimmt der Datenverkehr einfach einen anderen. Beim Mesh werden Kosten und Verkabelungsaufwand gegen eine sehr hohe Zuverlässigkeit abgewogen.

In einem Full Mesh steigt die Anzahl der Verbindungen schnell an. Für n Geräte benötigt ein Full Mesh n(n-1)/2 Verbindungen – sechs Verbindungen für vier Geräte, aber 45 für zehn. Das wird schnell teuer. Ein Partial Mesh fügt redundante Verbindungen nur dort hinzu, wo sie am wichtigsten sind, und bringt so Fehlertoleranz und Kosten ins Gleichgewicht. Deshalb verwenden das Internet-Backbone und kritische WAN-Verbindungen Partial-Mesh-Designs.

Das Mesh ist die fehlertoleranteste Topologie, da es keinen Single Point of Failure gibt. Durch viele alternative Pfade kann das Netzwerk defekte Verbindungen oder ausgefallene Geräte automatisch umgehen. Genau das benötigen Sie für das Internet, wo Ausfälle nicht ganze Regionen voneinander isolieren dürfen.

• Redundante Pfade überstehen Ausfälle.
• Selbstheilendes Routing findet neue Routen.
• Teuer bei Verkabelung und Hardware.

Mesh ist nicht nur ein Konzept für kabelgebundene Netzwerke. Wireless-Mesh-Netzwerke verwenden mehrere Access Points, die Daten untereinander weiterleiten und so die Abdeckung eines großen Bereichs erweitern, ohne überall Kabel verlegen zu müssen. Wenn ein Knoten ausfällt, leiten die Nachbargeräte den Datenverkehr um ihn herum. Mesh-Wi-Fi-Systeme für zu Hause nutzen dieses Prinzip, um ein Haus mit mehreren kleinen Einheiten abzudecken, die miteinander kommunizieren.

Reale Netzwerke verwenden nur selten eine einzige reine Topologie. Eine hybride Topologie kombiniert verschiedene Designs – zum Beispiel mehrere Sternnetzwerke, die in einem partiellen Mesh aus Switches miteinander verbunden sind. Dadurch erhalten Sie an den Rändern die einfache Verwaltung des Sterns und im Kern die Redundanz des Meshs. Erwarten Sie in der Prüfung, dass Diagramme aus der Praxis verschiedene Topologien kombinieren, statt nur eine einzelne Lehrbuchform zu zeigen.

Verwenden Sie einen Ring, wenn Sie einen geordneten, kollisionsfreien Zugriff wünschen und seine Anfälligkeit akzeptieren oder durch einen Dual Ring ausgleichen können – wobei moderne geswitchte Netzwerke in der Regel die bessere Wahl sind. Verwenden Sie ein Mesh, wenn Zuverlässigkeit entscheidend ist und das Budget dies zulässt, etwa bei Backbone-Verbindungen und hochverfügbaren Rechenzentren. Wenn Sie die Stärken der einzelnen Designs kennen, können Sie Netzwerkdiagramme lesen und Szenariofragen in der Prüfung beantworten.

Stellen Sie sich den Ring als eine Gruppe von Menschen vor, die einen einzigen Redestab im Kreis herumreichen: Das ist geordnet, aber wenn eine Person den Kreis verlässt, kann der Stab seine Runde nicht beenden. Stellen Sie sich das Mesh als ein Straßennetz zwischen Städten vor: Wird eine Straße gesperrt, kann der Verkehr problemlos ausweichen. Der Ring steht für Ordnung, das Mesh für Widerstandsfähigkeit. Diese Bilder helfen Ihnen, die jeweiligen Aufgaben leicht abzurufen.

Sie haben zwei weitere Topologien kennengelernt. Der Ring verbindet Geräte zu einem geschlossenen Kreislauf und verwendete häufig Token Passing für einen geordneten, kollisionsfreien Zugriff. Eine einzige Unterbrechung kann den Kreislauf jedoch stören, sofern kein Dual Ring eingesetzt wird. Das Mesh verbindet Geräte über viele redundante Pfade und ist dadurch das fehlertoleranteste Design – allerdings bei hohen Verkabelungskosten. Ein Full Mesh verbindet alles miteinander; ein Partial Mesh fügt Redundanz gezielt hinzu. Reale Netzwerke kombinieren meist verschiedene Formen zu hybriden Topologien.